第十二章 细胞增殖及其调控制

第十二章细胞增殖及其调控制主要内容：第一节细胞周期与细胞分裂第二节细胞周期的调控细胞增殖(cell proliferation)的意义1、细胞增殖(cell proliferation)是细胞生命活动的重要特征之一,是生物繁育的基础。

2、单细胞生物细胞增殖导致生物个体数量的增加。

3、多细胞生物由一个单细胞(受精卵)分裂发育而来，细胞增殖是多细胞生物繁殖基础。

4、成体生物仍然需要细胞增殖，以弥补代谢过程中的细胞损失。

5、机体创伤愈合、组织再生、病理组织修复等，都要依赖细胞增殖。

第一节细胞周期与细胞分裂一、细胞周期（一）细胞周期概述1、概念：指从一次细胞分裂结束开始，经过物质积累过程，直到下一次细胞分裂结束所为止，称为一个细胞周期。

2、细胞周期时相组成1）间期(interphase): G1 phase，S phase，G2 phase2）M phase: 有丝分裂期(Mitosis)3）胞质分裂期(Cytokinesis)细胞沿着G1→S→G2→M→G1周期性运转，在间期细胞体积增大(生长)，在M 期细胞先是核分裂，接着胞质分裂，完成一个细胞周期。

The cell cycle is an ordered set of events, culminating in cell growth and division into two daughter cells. Non-dividing cells not considered to be in the cell cycle. The stages are G1-S-G2-M. The G1 stage stands for "GAP 1". The S stage stands for "Synthesis". This is the stage when DNA replication occurs. The G2 stage stands for "GAP 2". The M stage stands for "mitosis", and is when nuclear (chromosomes separate) and cytoplasmic (cytokinesis) division occur.3、根据增殖状况，细胞的类型：①周期中细胞（cycling cell）：是指在细胞周期中连续运转的细胞，又称为连续分裂细胞或可育细胞，如表皮生发层细胞、部分骨髓细胞。

②静止期细胞（quiescent cell）：指的是暂时离开细胞周期，停止细胞分裂，去执行一定的生物学功能，但在适当的刺激下可重新进入细胞周期的细胞，又称为G0期细胞或休眠细胞，如淋巴细胞、肝、肾细胞等。

③终末分化细胞：指不可逆地脱离细胞周期，丧失分裂能力，保持生理机能活动的细胞，又称终端细胞，如神经、肌肉、多形核细胞等。

4、细胞周期时间1）不同细胞的细胞周期时间差异很大2）S+G2+M 的时间变化较小，细胞周期时间长短主要差别在G1期3）有些分裂增殖的细胞缺乏G1、G2期（二）、细胞周期中不同时相及其主要事件1、G1期：与DNA合成启动相关，开始合成细胞生长所需要的多种蛋白质、RNA、碳水化合物、脂等，同时染色质去凝集。

2、S期：DNA复制与组蛋白合成同步，组成核小体串珠结构。

3、G2期：DNA复制完成，完成了染色体数目的加倍，即由G1的2n变成了4n，同时，在G2期合成一定数量的蛋白质和RNA分子。

4、M期：M期即细胞分裂期，真核细胞的细胞分裂主要包括两种方式，即有丝分裂(mitosis)和减数分裂(meiosis)。

遗传物质和细胞内其物质分配给子细胞。

（三）细胞周期长短测定1、脉冲标记DNA复制和细胞分裂指数观察测定法2、流式细胞仪测定法(Flow Cytometry)：是一种快速测定和分析流体中细胞或颗粒物各种参数的大型实验仪器。

3、缩时摄像技术：可以得到准确的细胞周期时间及分裂间期和分裂期的准确时间。

（四）细胞周期同步化1、概念：细胞同步化是指在自然过程中发生的，或经人为处理造成的细胞周期的同步化。

2、类型：1）自然同步化：自然界存在的细胞周期同步过程，如：动物产下的处于细胞同一时期的卵细胞；2）人工选择同步化：指人为地将处于不同时期的细胞分离开来，从而获得不同时期的细胞群体①有丝分裂选择法：用于单层贴壁生长细胞，M期细胞与培养皿的附着性低，振荡脱离器壁收集。

—优点：细胞未经任何药物处理，细胞同步化效率高。

—缺点：获得的细胞数量少。

②细胞沉降分离法：根据不同时期的细胞在体积和重量上存在差别进行分离。

—优点：方法简单省时，效率高，成本低。

—缺点：对大多数种类的细胞并不适用。

③DNA合成阻断法：采用低毒或无毒的DNA合成抑制剂，特异地抑制DNA的合成，而不影响处于其他时期的细胞进行细胞周期运转，从而将被抑制的细胞抑制在DNA合成期的实验方法。

—优点：是同步化效率高，几乎适合于所有体外培养的细胞系。

—缺点：是诱导过程可造成细胞非均衡生长④分裂中期阻断法：通过抑制微管聚合来抑制细胞分裂器的形成，将细胞阻断在细胞分裂中期。

—优点：操作简便，效率高；—缺点：药物的毒性相对较大（五）特异的细胞周期1、定义：特异的细胞周期是指那些特殊的细胞所具有的与标准的细胞周期相比有着鲜明特点的细胞周期。

2、早期胚胎细胞的细胞周期1）细胞分裂快,无G1期, G2期非常短,S期也短(所有复制子都激活), 以至认为仅含有S期和M期；2）无需临时合成其它物质3）子细胞在G1、G2期并不生长，越分裂体积越小4）细胞周期调控因子和调节机制与一般体细胞标准的细胞周期基本是一致的。

2、酵母细胞的细胞周期1）酵母细胞周期持续时间较短；2）封闭式细胞分裂，即细胞分裂时核膜不解聚；3）纺锤体位于细胞核内；4）在一定环境下，也进行有性繁殖3、植物细胞的细胞周期1）植物细胞没有中心体，但细胞分裂时可以正常组装纺锤体；2）植物细胞的形态不发生变化，以形成中间板的形式进行胞质分裂。

4、细菌的细胞周期1）慢生长细菌细胞周期过程与真核细胞周期过程有一定相似之处。

其DNA复制之前的准备时间与G1期类似。

分裂之前的准备时间与G2期类似。

再加上S期和M期，细菌的细胞周期也基本具备四个时期。

2）细菌在快速生长情况下，细胞周期过程有着较大变化，最主要的变化在于细胞如何协调快速分裂和最基本的DNA复制速度之间的矛盾。

3）细菌在一定的环境条件下，其慢速生长和快速生长可以相互转化。

二、细胞分裂（cell division）1、前期(prophase)1）标志前期开始的第一个特征是染色质开始浓缩(condensation)形成有丝分裂染色体(mitotic chromosome）2）第二个特征细胞骨架解聚，有丝分裂纺锤体(mitotic spindle)开始装配3）Golgi体、ER等细胞器解体，形成小的膜泡4)染色体由两条染色单体(chromatid)构成5)在前期末，染色体主缢痕部位形成一种蛋白复合物称为动粒(kinetochore)2、前中期(prometaphase)1）核膜破裂成小的膜泡2）纺锤体微管与染色体的动粒结合，捕捉住染色体3）不断运动的染色体开始移向赤道板。

细胞周期也由前中期逐渐向中期运转。

3、中期(metaphase)1）所有染色体排列到赤道板(Metaphase Plate)上，标志着细胞分裂已进入中期2）染色体排列在赤道板上的机制：着丝粒微管动态平衡形成的张力4、后期(anaphase)1）排列在赤道面上的染色体的姐妹染色单体分离，并向两极运动2）后期(anaphase)大致可以划分为连续的两个阶段：①后期A，动粒微管去装配变短，染色体产生两极运动②后期B，极间微管长度增加，两极之间的距离逐渐拉长，介导染色体向极运动5、末期(telophase)1）染色单体到达两极，即进入了末期（telophase）,到达两极的染色单体开始去浓缩2）核膜开始重新组装3）Golgi体和ER重新形成并生长4）核仁也开始重新组装，RNA合成功能逐渐恢复,有丝分裂结束三、胞质分裂1、动物细胞胞质分裂1）胞质分裂(cytokinesis)开始于细胞分裂后期，在赤道板周围细胞表面下陷，形成环形缢缩，称为分裂沟(furrow)。

分裂沟的位置与纺锤体极性微管和钙离子浓度升高的变化有关，随着细胞由后期向末期转化，分裂沟逐渐加深，直至两个子代细胞完全分开。

2）中间体：在分裂沟下方，除肌动蛋白之外，还有微管、小膜泡等物质凝聚，共同构成的一个环形致密层。

3）收缩环：胞质分裂开始时，大量肌动蛋白和肌球蛋白在中体处组装成微丝并相互组成微丝束，环绕细胞，称为收缩环（contractile ring)。

4）胞质分裂过程：①分裂沟位置的确定②肌动蛋白聚集和收缩环的形成③收缩环收缩④收缩环处细胞膜融合并形成两个子细胞2、植物细胞胞质分裂1）形成细胞板2）形成新的细胞膜和细胞壁而将细胞分开四、与有丝分裂直接相关的亚细胞结构1、中心体：与微管装配密切相关的细胞器。

2、动粒与着丝粒3、纺锤体1）动粒微管：一端与中心体相连，另一端与动粒相连2）极性微管：一端与中心体相连，另一端游离。

五、减数分裂1、概念：减数分裂是细胞仅进行一次DNA复制，随后进行两次分裂，染色体数目减半的一种特殊的有丝分裂。

2、减数分裂前间期：与有丝分裂相似，可以人为的划分为G1期，S期和G2三个时期，其最大特点是S期持续时间较长。

3、减数分裂过程：1）减数分裂期I①前期I:持续时间较长a、细线期（leptotene）：为前期I的开始阶段，首先发生染色质凝聚，形成细纤维样的染色体结构。

b、偶线期（zygotenen）：主要发生同源染色体配对，其过程称为联会。

c、粗线期（pachytene）：开始于同源染色体配对完成之后，在此过程中，染色体进一步浓缩，变粗变短，并与核膜保持接触，同源染色体紧密结合，等位基因之间部分DNA片断发生交换和重组，产生新的等位基因的组合。

粗线期另一个重要的生化特征是合成减数分裂期专用的组蛋白，并把体细胞类型的组蛋白部分或全部置换下来。

d、双线期（diplotene）：重组阶段结束，同源染色体相互分离，仅留几处相互联系，同源染色体的四分体变得清晰可见。

e、终变期（diakinesis）：染色体重新开始凝聚，形成短棒状构。

②中期I: 同源染色体配对，排列在赤道板的两侧。

③后期I: 配对同源染色体相互分离并向两极运动，移向两极的染色体均是含有两条染色单体的二倍体，为细胞内染色体总数量的一半。

另外，各四分体之间的同源染色体向两极移动是一个随机的过程，因而其组合方式数量也很大，要想得到遗传上完全相同的个体几乎是不可能的。